火電廠除塵器脈沖閥主要故障分析與處理

龍慶濤

(國家能源集團山東石橫熱電有限公司，山東 泰安 271000)

0 引言

除塵器是燃煤機組的重要設備之一，可有效分離煙氣中的粉塵，降低機組運行過程中的煙塵排放。除塵器按照原理可分為電除塵、袋式除塵、旋風除塵、機械除塵、濕式除塵等，其中布袋除塵器(屬于袋式除塵中的一種)是目前火電廠應用較廣的除塵方式。

布袋除塵器主要通過濾料(合成纖維、天然纖維或玻璃纖維織成的布或氈)實現煙氣除塵，其工作原理為：在除塵器工作時，隨著濾料過濾的不斷進行，濾袋外表的積塵逐漸增多，煙氣阻力亦逐漸增加，當達到設定值時，清灰控制器發出清灰指令，將濾袋外表面的粉塵清除并使之落入灰斗，然后再打開排氣閥使該室恢復過濾，經過適當的時間間隔后除塵器再次進行下一室的清灰工作[1]。脈沖布袋除塵器是在布袋除塵器基礎上改進的新型除塵器，其原理為：在風機動力的牽引下，除塵器內部、除塵管道及除塵罩口處形成負壓環境，使揚塵點的粉塵在壓差作用下進入除塵器，氣流通過除塵濾袋過濾，粉塵被截留在布袋表面，通過脈沖控制儀有規律地向脈沖閥輸入脈沖信號，壓縮氣體的高壓風將粘附在濾袋表面的粉塵吹落并收集到積灰斗內[2]。

活塞式脈沖閥(簡稱脈沖閥)是脈沖布袋除塵器控制的關鍵設備，但在實際運行過程中，因脈沖閥故障率居高不下，影響機組正常的煙氣排放，甚至還會引發引風機失速，對鍋爐運行構成嚴重威脅。除塵前后差壓高、除塵效果差，還將帶來廠用電率上升、布袋使用壽命縮短、機組無法滿負荷運行等一系列問題，給機組安全、環保、經濟運行帶來重大影響[3]。

1 脈沖閥工作原理及噴吹程序

1.1 脈沖閥工作原理

某電廠3、4號機組各有4個煙氣通道(A1、A2、B1、B2)：每2個通道配置1臺除塵器，每個通道設2列氣包，每列包含4個氣包，每個氣包有14～17個噴吹閥，噴吹閥結構如圖1所示。

圖1 噴吹閥結構

初始狀態時，電磁閥失電，膜片上方控制氣壓大于下方壓縮空氣壓力，膜片起到密封作用。當除塵器阻力上升到一定值時，系統發出噴吹指令，電磁閥得電，氣路導通，膜片上方控制氣排泄，上部失壓；上下氣室產生壓差，膜片拱起，下部壓縮空氣通過排氣通道排氣，閥體內部與氣包產生壓差；噴吹壓縮空氣在抬升閥芯的同時從噴吹管噴出；電磁閥失電，泄氣口封堵，膜片上方控制氣壓恢復，膜片恢復原位并覆蓋排氣孔，膜片下方壓縮空氣壓力恢復；上下壓差為0，閥芯自由下落，覆蓋噴吹管口，完成一次噴吹過程[4]。

1.2 脈沖閥噴吹程序

以兩個通道，一臺除塵器兩列氣包為例進行說明，脈沖閥編號如圖2所示。

圖2 氣包及噴吹閥分布圖

每只氣包的噴吹閥被分成1～7、8～14、15～17三組，所有通道同時噴吹，設定DCS噴吹閥打開時間為100 ms (可調)，無噴吹間隔，保留設定噴吹脈沖寬度和脈沖間隔的間隔設定邏輯。當差壓高于800 Pa (定值可調，最大允許值為1150 Pa，最小允許值為750 Pa)時，系統開始噴吹；差壓低于750 Pa (定值可調)時，暫停噴吹；一旦阻力損失再次上升至800 Pa以上時，則繼續噴吹。每8個脈沖閥分為一組(閥門組)，62個脈沖閥共分成8組，每組內的脈沖閥依次噴吹，噴完后進行差壓判斷，當差壓達到允許值則繼續噴吹下一組，達不到差壓允許值則暫停噴吹，直到差壓值達到允許值后繼續噴吹。每個閥門組當次噴吹結束與下一次噴吹的時間間隔為噴吹間隔，由DCS設定；時間間隔為可調模式，最短可設定為15 s，最長為230 s。設定差壓限制，當差壓不高于800 Pa時，系統采用定時噴吹模式，此時無需考慮阻力損失，只要噴吹間隔時間達到設定值，就會從上次停止噴吹的位置開始新的噴吹過程。

2 脈沖閥主要缺陷及改進措施

2.1 主要缺陷

根據機組日常運行的缺陷統計，脈沖閥缺陷占布袋除塵系統缺陷總數的57.6 %，主要為振動及供電電壓缺陷所導致。為解決這一問題，研制帶減震功能的活塞式電磁脈沖閥以及加裝可調電壓的變壓器用于提升脈沖閥動作的可靠性是可行方案。

2.2 改進措施

2.2.1 脈沖閥振動問題

脈沖閥作為除塵器的核心部件，其性能好壞對除塵器的正常運行有著直接的影響，對清灰效率也有著重要的影響[5]。原設計的脈沖閥由兩個長桿螺絲固定且與底座連接部分距離較短，因噴吹氣源壓力較大，長時間頻繁動作會導致固定螺絲松動，造成脈沖閥漏氣使得噴吹氣源壓力下降，最終造成該側其他氣包無法完成噴吹動作，影響除塵前后差壓，嚴重的甚至會影響發電機組安全運行。此外，若脈沖閥與底座的連接部分出現損壞，整個脈沖閥底座部分將無法繼續使用，同時現有的脈沖閥固定方式不合理，其松動缺陷增加了運維人員日常檢修維護的工作量。

針對脈沖閥運行過程中存在的問題，運維人員設計了一種帶減震功能的活塞式電磁脈沖閥(見圖3)，主要設計如下。

圖3 一種帶減震功能的活塞式電磁脈沖閥

1) 線圈設置在閥體上部并設有進氣口，進氣口上還設有進氣管。

2) 線圈和閥體之間由連接件通過鎖緊件實現彈性連接，解決了活塞式電磁脈沖閥長吹漏氣、底座易滑絲等問題，提高活塞式電磁脈沖閥動作的可靠性。從減震彈簧原理及增大閥體接觸面的思路出發，在閥體的受力面加連接件，連接件中的豎向連接板上設有減震彈簧，徹底消除了活塞式電磁脈沖閥容易松動的問題，同時還解決了噴吹氣源壓力降低的問題。

3) 固定裝置見圖4，由第一平板和第二平板組成上端水平板，第一水平板設置在第二水平板的上部；第一平板與第二平板平行設置并通過4個第一彈性件(彈簧)相連；第一彈性件上端與第一水平板固定連接，下端與第二水平板固定連接；第一平板的中部設有與定位孔相匹配的第一安裝孔，第二平板中部設有與定位孔相匹配的第二安裝孔。

圖4 活塞式電磁脈沖閥固定裝置

豎向連接板包括上下設置的第一豎向板和第二豎向板，使用時，第一豎向板和第二豎向板處在同一豎直線上；第一豎向板的上端與第二平板固定連接，第二豎向板的下端與下端水平板固定連接，第一豎向板與第二豎向板之間通過第二彈性件(彈簧)相連。

下端水平板與上端水平板的結構相似，在結構上平行于上端水平板和垂直于豎向連接板；下端水平板上設有與定位孔相匹配的第三安裝孔(螺紋孔)；所述下端水平板的一端與第二豎向板固定連接，另一端向遠離第二豎向板的方向延伸。

2.2.2 脈沖閥供電電壓問題

系統原設計由一路24 V DC電源為4路500個脈沖閥供電，因設備多且供電線路較長(約400 m)，線路壓降較為嚴重，導致部分脈沖閥由于電壓無法達到動作電壓而拒動。因此，運維人員通過加裝可調直流穩壓電源，以解決線路壓降問題，確保各脈沖閥的供電電壓在合理的區間范圍。具體實施步驟為：根據需求，設計新增可調直流穩壓電源的方案并繪制電氣接線圖；現場控制柜改接線，將可調直流穩壓電源安裝在合適位置；將可調直流穩壓電源調至24 V，測量脈沖閥工作電壓并進行分析，根據分析結果逐步上調輸出電壓，最終在可調直流穩壓電源輸出為27 V時，各脈沖閥電壓均達到額定工作電壓；調試并測試脈沖閥動作可靠性，確保脈沖閥工作正常。

3 實施效果分析

在上述舉措實施后，設備年故障率由83.4 %下降至25.6 %，有效提升了機組除灰系統運行的安全性和有效性。通過增加帶緩沖功能固定裝置解決了除塵器噴吹氣源壓力嚴重下降的問題，提升了脈沖閥動作可靠性，延長了布袋使用壽命，不僅控制了設備生產運維成本，還進一步提高了生產效率。可調直流穩壓電源的加裝，解決了脈沖閥供電線路電源壓降的問題，提高了脈沖閥投運率，有效提升了除塵器的除塵效果。帶減震功能的活塞式電磁脈沖閥和可調直流穩壓電源投用后，除塵器控制功能正常，滿足了工藝系統的運行要求，降低了除塵器布袋更換的頻次，節約了維護成本和工作量(改造實施前布袋3年更換一次，費用約400萬[6]，改造實施后布袋按照正常使用年限4年更換一次)。

4 結束語

通過帶減震功能的活塞式電磁脈沖閥和可調直流穩壓電源的實施，不僅提升了設備和系統工作的可靠性，對運維人員的業務能力提高、知識面拓展等方面均有很大幫助。后續，運維部門將通過DCS中除塵系統的運行數據和效果進行整理分析，不斷優化參數，確定合理的可調直流穩壓電源的設定值及噴吹氣源壓力值，進一步提升脈沖閥的可靠性，保障機組安全、環保、經濟、長周期運行。